JP2015179042A - current sensor - Google Patents

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亮輔 酒井
Ryosuke Sakai
亮輔 酒井
江介 野村
Kosuke Nomura
江介 野村
孝昌 金原
Takamasa Kanehara
金原  孝昌
晶寛 半田
Akihiro Handa
晶寛 半田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current sensor capable of suppressing a size increase while magnifying a bias magnetic field.SOLUTION: A current sensor comprises: a magnetoelectric transducer (10); a bias magnet (20); and a magnetic shield (30). The magnetic shield (30), the bias magnet (20), and the magnetoelectric transducer (10) are aligned in a height direction orthogonal to a flow direction of a measurement target current, and the bias magnet (20) includes a first N pole (21) and a first S pole (22) whose magnetization directions are aligned in the height direction, and a second S pole (23) and a second N pole (24) whose magnetization directions are aligned in the height direction. The first N pole (21) is adjacent to the second S pole (23) and the first S pole (22) is adjacent to the second N pole (21) in the flow direction, whereby a bias magnetic field forms a closed magnetic circuit. Bottom surfaces (21a, 23a) of the first N pole (21) and the second S pole (23) are adhesively bonded to the magnetic shield (30) and bottom surfaces (22a, 24a) of the first S pole (22) and the second N pole (24) face the magnetoelectric transducer (10).

Description

本発明は、被測定磁界を電気信号に変換する磁電変換素子、磁電変換素子にバイアス磁界を透過させるバイアス磁石、および、磁電変換素子に外部磁界が透過することを抑制する磁気シールドを備える電流センサに関するものである。   The present invention relates to a current sensor including a magnetoelectric conversion element that converts a magnetic field to be measured into an electrical signal, a bias magnet that transmits a bias magnetic field to the magnetoelectric conversion element, and a magnetic shield that suppresses transmission of an external magnetic field to the magnetoelectric conversion element. It is about.

特許文献1に示されるように、センサ基板に磁電変換素子が形成され、センサ基板の周囲が磁気シールドによって囲まれた電流センサが従来技術として知られている。磁気シールド内に、バイアス磁界を印加するバイアス磁石が設けられており、このバイアス磁界によって磁電変換素子の初期値が定められている。   As shown in Patent Document 1, a current sensor in which a magnetoelectric conversion element is formed on a sensor substrate and the sensor substrate is surrounded by a magnetic shield is known as a prior art. A bias magnet for applying a bias magnetic field is provided in the magnetic shield, and an initial value of the magnetoelectric conversion element is determined by the bias magnetic field.

特開2013−11469号公報JP 2013-11469 A

上記したように特許文献1に示される電流センサでは、バイアス磁界によって磁電変換素子の初期値が定められている。このバイアス磁界の強さを大きくする場合、バイアス磁石の体格が大きくなり、それによって電流センサの体格が増大する虞がある。   As described above, in the current sensor disclosed in Patent Document 1, the initial value of the magnetoelectric conversion element is determined by the bias magnetic field. When the strength of the bias magnetic field is increased, the size of the bias magnet is increased, which may increase the size of the current sensor.

そこで本発明は上記問題点に鑑み、バイアス磁界を増幅しつつ、体格の増大が抑制された電流センサを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a current sensor in which an increase in physique is suppressed while a bias magnetic field is amplified.

上記した目的を達成するために本発明は、被測定電流の流動によって生じる被測定磁界を電気信号に変換する磁電変換素子(10)と、磁電変換素子にバイアス磁界を透過させるバイアス磁石(20)と、被測定磁界およびバイアス磁界それぞれとは異なる外部磁界が磁電変換素子を透過することを抑制する、磁性材料から成る磁気シールド(30)と、を有し、磁気シールド、バイアス磁石、および、磁電変換素子それぞれは、被測定電流の流動方向に直交する高さ方向にて並び、バイアス磁石は、高さ方向に磁化方向が沿う第1N極(21)と第1S極(22)、および、高さ方向に磁化方向が沿う第2S極(23)と第2N極(24)を有し、流動方向において第1N極と第2S極とが隣接し、第1S極と第2N極とが隣接することで、バイアス磁界が閉磁路を成しており、第1N極と第2S極それぞれの底面(21a,23a)が磁気シールドに接着され、第1S極と第2N極それぞれの底面(22a,24a)が磁電変換素子と対向していることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides a magnetoelectric conversion element (10) for converting a magnetic field to be measured generated by the flow of the current to be measured into an electric signal, and a bias magnet (20) for allowing the magnetoelectric conversion element to transmit a bias magnetic field. And a magnetic shield (30) made of a magnetic material that suppresses transmission of an external magnetic field different from each of the magnetic field to be measured and the bias magnetic field through the magnetoelectric transducer, and the magnetic shield, the bias magnet, and the magnetoelectric Each of the conversion elements is arranged in a height direction orthogonal to the flow direction of the current to be measured, and the bias magnet includes a first N pole (21), a first S pole (22), and a high magnetization direction along the height direction. It has the 2nd S pole (23) and the 2nd N pole (24) which a magnetization direction follows along a direction, the 1st N pole and the 2nd S pole adjoin in the flow direction, and the 1st S pole and the 2nd N pole adjoin By The bias magnetic field forms a closed magnetic circuit, the bottom surfaces (21a, 23a) of the first N pole and the second S pole are bonded to the magnetic shield, and the bottom surfaces (22a, 24a) of the first S pole and the second N pole are magnetoelectric. It is characterized by facing the conversion element.

このように本発明によればバイアス磁石(20)は高さ方向に磁化方向が沿い、磁化方向に直交する底面(21a,23a)が磁気シールド(30)に接着されている。これによればバイアス磁界が磁気シールド(30)に集磁され、磁気シールド(30)の一部がバイアス磁石(20)としての機能を果たすこととなる(集磁ヨーク)。そのためにバイアス磁石(20)の高さ方向における長さが擬似的に厚くなり、バイアス磁界が増幅される。このようにバイアス磁石(20)(電流センサ(100))の体格を増大しなくとも、バイアス磁界が増幅される。   Thus, according to the present invention, the magnetization direction of the bias magnet (20) is along the height direction, and the bottom surfaces (21a, 23a) perpendicular to the magnetization direction are bonded to the magnetic shield (30). According to this, the bias magnetic field is collected by the magnetic shield (30), and a part of the magnetic shield (30) functions as the bias magnet (20) (magnet collection yoke). Therefore, the length in the height direction of the bias magnet (20) becomes pseudo thick, and the bias magnetic field is amplified. Thus, the bias magnetic field is amplified without increasing the size of the bias magnet (20) (current sensor (100)).

磁気シールドは、高さ方向に主面が直交する平板形状の第1シールド(31)と第2シールド(32)を有し、第1シールドと第2シールドそれぞれが高さ方向に並び、その間の空間にバイアス磁石、磁電変換素子、および、被測定電流の流動する被測定導体が設けられており、バイアス磁石は第1シールドが有する2つの主面の内、第2シールドと対向する第1主面(31a)に設けられている。   The magnetic shield has a flat plate-shaped first shield (31) and a second shield (32) whose main surfaces are orthogonal to the height direction, and the first shield and the second shield are arranged in the height direction, and between them. A bias magnet, a magnetoelectric conversion element, and a measured conductor through which a current to be measured flows are provided in the space, and the bias magnet is a first main that faces the second shield among the two main surfaces of the first shield. It is provided on the surface (31a).

これによれば、磁気シールド(30)が筒形状を成す構成と比べて、バイアス磁界の磁界分布が磁気シールド(30)によって歪まされることが抑制される。したがって磁電変換素子(10)を透過する磁界の設計が容易となる。   According to this, as compared with the configuration in which the magnetic shield (30) has a cylindrical shape, the magnetic field distribution of the bias magnetic field is suppressed from being distorted by the magnetic shield (30). Therefore, it is easy to design a magnetic field that passes through the magnetoelectric transducer (10).

磁電変換素子には、バイアス磁界における流動方向に沿う磁界成分、および、被測定磁界における高さ方向および流動方向それぞれに直交する横方向に沿う磁界成分それぞれが透過され、磁電変換素子は、流動方向と横方向とによって規定される規定平面に沿う磁界のみを検出する。   The magnetoelectric conversion element transmits the magnetic field component along the flow direction in the bias magnetic field and the magnetic field component along the horizontal direction perpendicular to the height direction and the flow direction in the magnetic field to be measured. And only a magnetic field along a prescribed plane defined by the horizontal direction.

上記したように磁気シールド(30)は主面が高さ方向に沿う平板形状を成す。したがって高さ方向に直交する外部磁界が電流センサ(100)を透過しようとした際、その外部磁界は磁気シールド(30)のために曲げられ、磁電変換素子(10)を透過することが抑制される。しかしながら外部磁界が高さ方向に沿う場合、外部磁界は磁気シールド(30)によって曲げられずに透過するため、磁電変換素子(10)を透過することとなる。これに対して磁電変換素子(10)は高さ方向に直交する規定平面に沿う磁界のみを検出する。したがって高さ方向に沿う外部磁界が磁気シールド(30)を介して磁電変換素子(10)を透過したとしても、それによって被測定磁界の検出精度が低下することが抑制される。なお、上記したように磁気シールド(30)の形状を単純な平板形状を採用するため、磁気シールド(30)の製造が容易となる。   As described above, the magnetic shield (30) has a flat plate shape with the main surface along the height direction. Therefore, when an external magnetic field orthogonal to the height direction attempts to pass through the current sensor (100), the external magnetic field is bent due to the magnetic shield (30) and is prevented from passing through the magnetoelectric transducer (10). The However, when the external magnetic field is along the height direction, the external magnetic field passes through the magnetic shield (30) without being bent, and thus passes through the magnetoelectric transducer (10). On the other hand, the magnetoelectric transducer (10) detects only a magnetic field along a defined plane orthogonal to the height direction. Therefore, even if the external magnetic field along the height direction passes through the magnetoelectric conversion element (10) via the magnetic shield (30), it is suppressed that the detection accuracy of the magnetic field to be measured is lowered. Since the magnetic shield (30) has a simple flat plate shape as described above, the magnetic shield (30) can be easily manufactured.

なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけているが、この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。   In addition, although the elements described in the claims and the means for solving the problems are attached with parentheses, the parentheses are attached to each component described in the embodiment. This is to simply show the correspondence with the elements, and does not necessarily indicate the elements themselves described in the embodiments. The description of the reference numerals with parentheses does not unnecessarily narrow the scope of the claims.

電流センサの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of a current sensor. 磁電変換素子を透過する磁界を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the magnetic field which permeate | transmits a magnetoelectric conversion element. 磁気シールドの一部がバイアス磁石として機能することを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating that a part of magnetic shield functions as a bias magnet. 電流センサの変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of a current sensor.

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1〜図3に基づいて、本実施形態に係る電流センサを説明する。以下においては互いに直交の関係にある3方向を、x方向、y方向、z方向と示す。またx方向とy方向とによって規定される平面を規定平面と示す。x方向が特許請求の範囲に記載の横方向に相当し、y方向が特許請求の範囲に記載の流動方向に相当し、z方向が特許請求の範囲に記載の高さ方向に相当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The current sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the three directions orthogonal to each other are referred to as an x direction, a y direction, and a z direction. A plane defined by the x direction and the y direction is referred to as a defined plane. The x direction corresponds to the lateral direction described in the claims, the y direction corresponds to the flow direction described in the claims, and the z direction corresponds to the height direction described in the claims.

電流センサ100は、磁電変換素子10、バイアス磁石20、および、磁気シールド30を有し、被測定導体90を流れる被測定電流を検出するものである。磁電変換素子10にはバイアス磁石20から発生されるバイアス磁界、および、被測定電流の流動によって生じる被測定磁界それぞれが透過する。したがって磁電変換素子10はこれらバイアス磁界および被測定磁界から成る合成磁界に応じた電気信号を生成する。   The current sensor 100 includes the magnetoelectric conversion element 10, the bias magnet 20, and the magnetic shield 30, and detects a measured current flowing through the measured conductor 90. The magnetoelectric transducer 10 transmits a bias magnetic field generated from the bias magnet 20 and a measured magnetic field generated by the flow of the measured current. Therefore, the magnetoelectric conversion element 10 generates an electrical signal corresponding to the combined magnetic field composed of the bias magnetic field and the measured magnetic field.

図1に示すように磁電変換素子10、バイアス磁石20、および、磁気シールド30それぞれはz方向にて並んでおり、磁気シールド30によって被測定磁界およびバイアス磁界それぞれとは異なる外部磁界が磁電変換素子10を透過することが抑制されている。そしてバイアス磁石20は磁気シールド30に接着され、これによってバイアス磁界が増幅されている。   As shown in FIG. 1, each of the magnetoelectric conversion element 10, the bias magnet 20, and the magnetic shield 30 is arranged in the z direction, and the magnetic field that is different from each of the measured magnetic field and the bias magnetic field is generated by the magnetic shield 30. 10 is suppressed. The bias magnet 20 is bonded to the magnetic shield 30, thereby amplifying the bias magnetic field.

本実施形態に係る電流センサ100は上記した構成要素の他に、算出部40、支持基板50、および、固定部60を有する。算出部40は磁電変換素子10から出力される電気信号に基づいて被測定電流を算出するものであり、磁電変換素子10とともに支持基板50に搭載されている。支持基板50は絶縁性の基板に配線パターンが形成されたものであり、磁電変換素子10と算出部40とを搭載するだけではなく、両者を電気的に接続する。図1に示すように支持基板50は被測定導体90に搭載されており、その搭載面50aの裏面50bに磁電変換素子10と算出部40とが搭載されている。固定部60は非導電性であり非磁性の樹脂材料から成るものである。固定部60は、磁電変換素子10および算出部40が搭載された支持基板50、および、バイアス磁石20が接着された磁気シールド30それぞれを被測定導体90に固定している。   The current sensor 100 according to the present embodiment includes a calculation unit 40, a support substrate 50, and a fixing unit 60 in addition to the above-described components. The calculation unit 40 calculates a current to be measured based on the electrical signal output from the magnetoelectric conversion element 10 and is mounted on the support substrate 50 together with the magnetoelectric conversion element 10. The support substrate 50 is obtained by forming a wiring pattern on an insulating substrate, and not only mounts the magnetoelectric conversion element 10 and the calculation unit 40 but also electrically connects them. As shown in FIG. 1, the support substrate 50 is mounted on the conductor to be measured 90, and the magnetoelectric conversion element 10 and the calculation unit 40 are mounted on the back surface 50b of the mounting surface 50a. The fixed portion 60 is made of a non-conductive and non-magnetic resin material. The fixing unit 60 fixes the support substrate 50 on which the magnetoelectric transducer 10 and the calculation unit 40 are mounted, and the magnetic shield 30 to which the bias magnet 20 is bonded, to the conductor 90 to be measured.

以上が電流センサ100の概略構成である。以下、主として磁電変換素子10、バイアス磁石20、および、磁気シールド30を個別に詳説した後、電流センサ100の作用効果を説明する。   The above is the schematic configuration of the current sensor 100. Hereinafter, mainly the magnetoelectric transducer 10, the bias magnet 20, and the magnetic shield 30 will be described in detail, and then the effects of the current sensor 100 will be described.

磁電変換素子10は自身を透過する磁界を電気信号に変換するものである。図1に示すように被測定電流はy方向に流動するため、被測定磁界はその周りに発生する。またバイアス磁石20はx方向の周りに閉磁路を形成しており、磁電変換素子10はz方向においてバイアス磁石20と被測定導体90の間に位置する。したがって図2に示すように磁電変換素子10には、被測定磁界におけるx方向に沿う磁界成分が透過し、バイアス磁石20におけるy方向に沿う磁界成分が透過する。上記したように合成磁界はバイアス磁界と被測定磁界から成るので、被測定磁界がゼロの場合、合成磁界はバイアス磁界と等しくなる。したがってz方向に直交する規定平面にて合成磁界とバイアス磁界との成す角度θは被測定磁界がゼロの場合はゼロとなるが、被測定磁界が有限の場合、角度θもまた有限と成る。このように角度θは被測定磁界の強さによってその値が変動する。   The magnetoelectric conversion element 10 converts a magnetic field transmitted through itself into an electric signal. As shown in FIG. 1, since the measured current flows in the y direction, a measured magnetic field is generated around it. The bias magnet 20 forms a closed magnetic circuit around the x direction, and the magnetoelectric transducer 10 is positioned between the bias magnet 20 and the conductor to be measured 90 in the z direction. Therefore, as shown in FIG. 2, a magnetic field component along the x direction in the magnetic field to be measured is transmitted to the magnetoelectric conversion element 10, and a magnetic field component along the y direction in the bias magnet 20 is transmitted. As described above, since the composite magnetic field is composed of the bias magnetic field and the magnetic field to be measured, when the magnetic field to be measured is zero, the composite magnetic field is equal to the bias magnetic field. Therefore, the angle θ formed by the combined magnetic field and the bias magnetic field on the specified plane orthogonal to the z direction is zero when the measured magnetic field is zero, but when the measured magnetic field is finite, the angle θ is also finite. Thus, the value of the angle θ varies depending on the strength of the magnetic field to be measured.

磁電変換素子10は規定平面に沿う磁界のみを検出する。図示しないが、磁電変換素子10は、磁化方向の定まったピン層、磁化方向の定まらない自由層、および、両者の間に設けられる非磁性の中間層を有し、ピン層と自由層それぞれの磁化方向の成す角度によって抵抗値が定まる磁気抵抗効果素子である。ピン層の磁化方向は規定平面に沿っており、自由層の磁化方向は規定平面に沿う磁界によって定まる。上記したように磁電変換素子10には合成磁界が透過する。したがって自由層の磁化方向は合成磁界の方向(角度θ)によって定まり、その抵抗値も定まる。上記したように角度θは被測定磁界に依存するので、磁電変換素子10の抵抗値もまた角度θに依存する。図示しないが、複数の磁電変換素子10が電源から中点にて直列接続されることでブリッジ回路が組まれており、その中点電位が磁電変換素子10の電気信号として算出部40に出力される。したがって磁電変換素子10の電気信号もまた角度θに依存する。算出部40は磁電変換素子10の電気信号と角度θとの相関関係、および、角度θと被測定磁界(被測定電流)との相関関係を記憶している。算出部40はその相関関係および磁電変換素子10の電気信号に基づいて、被測定電流を算出する。   The magnetoelectric conversion element 10 detects only the magnetic field along the specified plane. Although not shown, the magnetoelectric conversion element 10 has a pinned layer with a fixed magnetization direction, a free layer with a fixed magnetization direction, and a nonmagnetic intermediate layer provided between them. This is a magnetoresistive effect element whose resistance value is determined by the angle formed by the magnetization direction. The magnetization direction of the pinned layer is along a prescribed plane, and the magnetization direction of the free layer is determined by a magnetic field along the prescribed plane. As described above, the combined magnetic field is transmitted through the magnetoelectric transducer 10. Therefore, the magnetization direction of the free layer is determined by the direction of the combined magnetic field (angle θ), and the resistance value is also determined. As described above, since the angle θ depends on the magnetic field to be measured, the resistance value of the magnetoelectric transducer 10 also depends on the angle θ. Although not shown, a bridge circuit is formed by connecting a plurality of magnetoelectric transducers 10 in series from a power source at a midpoint, and the midpoint potential is output to the calculation unit 40 as an electrical signal of the magnetoelectric transducer 10. The Therefore, the electrical signal of the magnetoelectric transducer 10 also depends on the angle θ. The calculation unit 40 stores a correlation between the electrical signal of the magnetoelectric transducer 10 and the angle θ, and a correlation between the angle θ and the measured magnetic field (measured current). The calculation unit 40 calculates the current to be measured based on the correlation and the electric signal of the magnetoelectric conversion element 10.

バイアス磁石20は磁電変換素子10にバイアス磁界を透過させるものである。バイアス磁石20は、z方向に磁化方向が沿う第1N極21と第1S極22、および、z方向に磁化方向が沿う第2S極23と第2N極24を有する。y方向において第1N極21と第2S極23とが隣接し、第1S極22と第2N極24とが隣接している。これによりバイアス磁界が閉磁路を成している。図3に示すように第1N極21と第2S極23それぞれの底面21a,23aが磁気シールド30に接着され、第1S極22と第2N極24それぞれの底面22a,24aが磁電変換素子10と対向している。より具体的に言えば、底面21a,23aそれぞれは接着剤(図示略)を介して後述する第1シールド31の第1主面31aに接着され、底面22a,24aそれぞれは固定部60を介して磁電変換素子10と対向している。   The bias magnet 20 transmits the bias magnetic field to the magnetoelectric conversion element 10. The bias magnet 20 has a first N pole 21 and a first S pole 22 whose magnetization directions are in the z direction, and a second S pole 23 and a second N pole 24 whose magnetization directions are in the z direction. In the y direction, the first N pole 21 and the second S pole 23 are adjacent to each other, and the first S pole 22 and the second N pole 24 are adjacent to each other. As a result, the bias magnetic field forms a closed magnetic circuit. As shown in FIG. 3, the bottom surfaces 21 a and 23 a of the first N pole 21 and the second S pole 23 are bonded to the magnetic shield 30, and the bottom surfaces 22 a and 24 a of the first S pole 22 and the second N pole 24 are connected to the magnetoelectric transducer 10. Opposite. More specifically, each of the bottom surfaces 21a and 23a is bonded to a first main surface 31a of a first shield 31 described later via an adhesive (not shown), and each of the bottom surfaces 22a and 24a is connected via a fixing portion 60. It faces the magnetoelectric transducer 10.

磁気シールド30は外部磁界が磁電変換素子10を透過することを抑制するものである。磁気シールド30は磁性材料から成るシールド31,32を有する。シールド31,32それぞれは面積の最も大きい主面がz方向に直交する平板形状を成している。そしてシールド31,32それぞれがz方向に並び、その間の空間に磁電変換素子10とバイアス磁石20が搭載された支持基板50、および、被測定導体90が設けられている。図1に示すように第1シールド31の第1主面31aと第2シールド32の第1主面32aとがz方向にて対向しており、第1主面31aにバイアス磁石20が設けられている。   The magnetic shield 30 prevents an external magnetic field from passing through the magnetoelectric conversion element 10. The magnetic shield 30 has shields 31 and 32 made of a magnetic material. Each of the shields 31 and 32 has a flat plate shape in which the main surface having the largest area is orthogonal to the z direction. The shields 31 and 32 are arranged in the z direction, and a support substrate 50 on which the magnetoelectric conversion element 10 and the bias magnet 20 are mounted and a conductor to be measured 90 are provided in the space between them. As shown in FIG. 1, the first main surface 31a of the first shield 31 and the first main surface 32a of the second shield 32 face each other in the z direction, and the bias magnet 20 is provided on the first main surface 31a. ing.

次に、本実施形態に係る電流センサ100の作用効果を説明する。図3に両端矢印で示すように第1N極21と第1S極22、および、第2S極23と第2N極24それぞれはz方向に磁化方向が沿い、磁化方向に直交する第1N極21と第2S極23それぞれの底面21a,23aが磁気シールド30に接着されている。これによればバイアス磁界が磁気シールド30(第1シールド31)に集磁され、磁気シールド30の一部がバイアス磁石20としての機能を果たすこととなる(集磁ヨーク)。そのため図3に破線で示すようにバイアス磁石20のz方向における長さが擬似的に厚くなり、バイアス磁界が増幅される。このように本実施形態に係る電流センサ100の場合、バイアス磁石20(電流センサ100)の体格を増大しなくとも、バイアス磁界が増幅される。   Next, the function and effect of the current sensor 100 according to this embodiment will be described. As shown by the double-ended arrows in FIG. 3, the first N pole 21 and the first S pole 22, and the second S pole 23 and the second N pole 24 have the magnetization directions along the z direction and perpendicular to the magnetization directions, respectively. The bottom surfaces 21 a and 23 a of the second S poles 23 are bonded to the magnetic shield 30. According to this, the bias magnetic field is collected by the magnetic shield 30 (first shield 31), and a part of the magnetic shield 30 functions as the bias magnet 20 (magnet collection yoke). Therefore, as indicated by a broken line in FIG. 3, the length of the bias magnet 20 in the z direction becomes pseudo thick, and the bias magnetic field is amplified. Thus, in the case of the current sensor 100 according to the present embodiment, the bias magnetic field is amplified without increasing the size of the bias magnet 20 (current sensor 100).

磁気シールド30は主面がz方向に直交する平板形状のシールド31,32を有し、第1シールド31の第1主面31aにバイアス磁石20が設けられている。これによれば、磁気シールドが筒形状を成す構成と比べて、バイアス磁界の磁界分布が磁気シールド30によって歪まされることが抑制される。したがって磁電変換素子10を透過する磁界の設計が容易となる。   The magnetic shield 30 has flat shields 31 and 32 whose main surfaces are orthogonal to the z direction, and the bias magnet 20 is provided on the first main surface 31 a of the first shield 31. According to this, as compared with the configuration in which the magnetic shield has a cylindrical shape, the magnetic field distribution of the bias magnetic field is suppressed from being distorted by the magnetic shield 30. Therefore, the design of the magnetic field that passes through the magnetoelectric transducer 10 is facilitated.

磁電変換素子10には、被測定磁界におけるx方向に沿う磁界成分、および、バイアス磁石20におけるy方向に沿う磁界成分が透過する。そして磁電変換素子10はz方向に直交する規定平面に沿う磁界のみを検出する。   The magnetoelectric transducer 10 transmits a magnetic field component along the x direction in the magnetic field to be measured and a magnetic field component along the y direction in the bias magnet 20. The magnetoelectric transducer 10 detects only a magnetic field along a specified plane orthogonal to the z direction.

上記したようにシールド31,32は主面が高さ方向に沿う平板形状を成す。したがって図1に白抜き矢印で示すように、z方向に直交する外部磁界が電流センサ100を透過しようとした際、その外部磁界は磁気シールド30のために曲げられ、磁電変換素子10を透過することが抑制される。しかしながら外部磁界がz方向に沿う場合、外部磁界は磁気シールド30によって曲げられずに透過するため、磁電変換素子10を透過することとなる。これに対して磁電変換素子10はz方向に直交する規定平面に沿う磁界のみを検出する。したがってz方向に沿う外部磁界が磁気シールド30を介して磁電変換素子10を透過したとしても、それによって被測定磁界の検出精度が低下することが抑制される。なお、上記したように磁気シールド30の形状を単純な平板形状を採用するため、磁気シールド30の製造が容易となる。   As described above, the shields 31 and 32 have a flat plate shape whose main surface is along the height direction. Therefore, as shown by a white arrow in FIG. 1, when an external magnetic field orthogonal to the z direction attempts to pass through the current sensor 100, the external magnetic field is bent for the magnetic shield 30 and passes through the magnetoelectric transducer 10. It is suppressed. However, when the external magnetic field is along the z direction, the external magnetic field is transmitted without being bent by the magnetic shield 30, and thus is transmitted through the magnetoelectric transducer 10. On the other hand, the magnetoelectric transducer 10 detects only a magnetic field along a prescribed plane orthogonal to the z direction. Therefore, even if the external magnetic field along the z direction passes through the magnetoelectric conversion element 10 via the magnetic shield 30, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of the magnetic field to be measured. Since the magnetic shield 30 adopts a simple flat plate shape as described above, the magnetic shield 30 can be easily manufactured.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本実施形態に係る電流センサ100は、算出部40、支持基板50、および、固定部60を有する例を示した。しかしながら電流センサ100はこれらの少なくとも1つを有していても良いし、1つも有していなくともよい。   An example in which the current sensor 100 according to the present embodiment includes the calculation unit 40, the support substrate 50, and the fixing unit 60 has been shown. However, the current sensor 100 may have at least one of these, or may not have one.

本実施形態に係る磁電変換素子10は規定平面に沿う磁界のみを検出する例を示した。しかしながら磁気シールド30がz方向に沿う外部磁界が磁電変換素子10を透過することを抑制する形状の場合、磁電変換素子10は規定平面だけではなくz方向に沿う磁界を検出してもよい。   The magnetoelectric conversion element 10 according to the present embodiment shows an example in which only a magnetic field along a prescribed plane is detected. However, when the magnetic shield 30 has a shape that suppresses transmission of an external magnetic field along the z direction through the magnetoelectric conversion element 10, the magnetoelectric conversion element 10 may detect not only the prescribed plane but also a magnetic field along the z direction.

本実施形態に係る磁電変換素子10は、ピン層、自由層、および、中間層を有する磁気抵抗効果素子である例を示した。しかしながら磁電変換素子10としては上記例に限定されず、例えば異方性磁気抵抗効果素子(AMR)やホール素子を採用することもできる。なお中間層が導電性を有する場合、磁電変換素子10は巨大磁気抵抗効果素子(GMR)であり、中間層が絶縁性を有する場合、磁電変換素子10はトンネル磁気抵抗効果素子(TMR)である。   An example in which the magnetoelectric conversion element 10 according to the present embodiment is a magnetoresistive effect element having a pinned layer, a free layer, and an intermediate layer is shown. However, the magnetoelectric conversion element 10 is not limited to the above example, and for example, an anisotropic magnetoresistive element (AMR) or a Hall element can be adopted. When the intermediate layer has conductivity, the magnetoelectric conversion element 10 is a giant magnetoresistance effect element (GMR), and when the intermediate layer has insulation, the magnetoelectric conversion element 10 is a tunnel magnetoresistance effect element (TMR). .

本実施形態に係る算出部40は磁電変換素子10の電気信号と角度θとの相関関係、および、角度θと被測定磁界(被測定電流)との相関関係を記憶している例を示した。しかしながら算出部40は磁電変換素子10の電気信号と被測定電流との相関関係を記憶していてもよい。要するに算出部40は磁電変換素子10の電気信号に基づいて被測定電流を算出するのに必要なデータを持っていればよい。   The calculation unit 40 according to the present embodiment shows an example in which the correlation between the electrical signal of the magnetoelectric conversion element 10 and the angle θ and the correlation between the angle θ and the measured magnetic field (measured current) are stored. . However, the calculation unit 40 may store a correlation between the electrical signal of the magnetoelectric transducer 10 and the current to be measured. In short, the calculation unit 40 only needs to have data necessary for calculating the current to be measured based on the electrical signal of the magnetoelectric transducer 10.

本実施形態では第1N極21と第2S極23それぞれの底面21a,23aが第1シールド31の第1主面31aに接着され、第1S極22と第2N極24それぞれの底面22a,24aが磁電変換素子10と対向している例を示した。しかしながら図4に示すように、第1シールド31と第2シールド32の位置が入れ替わった構成において、第1S極22と第2N極24それぞれの底面22a,24aが被測定導体90および支持基板50を介して、磁電変換素子10と間接的に対向する構成を採用することもできる。   In the present embodiment, the bottom surfaces 21 a and 23 a of the first N pole 21 and the second S pole 23 are bonded to the first main surface 31 a of the first shield 31, and the bottom surfaces 22 a and 24 a of the first S pole 22 and the second N pole 24 are formed. The example facing the magnetoelectric conversion element 10 was shown. However, as shown in FIG. 4, in the configuration in which the positions of the first shield 31 and the second shield 32 are interchanged, the bottom surfaces 22 a and 24 a of the first S pole 22 and the second N pole 24 respectively connect the conductor 90 to be measured and the support substrate 50. Thus, a configuration that indirectly faces the magnetoelectric conversion element 10 may be employed.

10・・・磁電変換素子、20・・・バイアス磁石、21・・・第1N極、21a・・・底面、22・・・第1S極、22a・・・底面、23・・・第2S極、23a・・・底面、24・・・第2N極、24a・・・底面、30・・・磁気シールド、100・・・電流センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Magnetoelectric conversion element, 20 ... Bias magnet, 21 ... 1st N pole, 21a ... Bottom surface, 22 ... 1st S pole, 22a ... Bottom surface, 23 ... 2nd S pole , 23a ... bottom surface, 24 ... second N pole, 24a ... bottom surface, 30 ... magnetic shield, 100 ... current sensor

Claims (7)

被測定電流の流動によって生じる被測定磁界を電気信号に変換する磁電変換素子(10)と、
前記磁電変換素子にバイアス磁界を透過させるバイアス磁石(20)と、
前記被測定磁界および前記バイアス磁界それぞれとは異なる外部磁界が前記磁電変換素子を透過することを抑制する、磁性材料から成る磁気シールド(30)と、を有し、
前記磁気シールド、前記バイアス磁石、および、前記磁電変換素子それぞれは、前記被測定電流の流動方向に直交する高さ方向にて並び、
前記バイアス磁石は、前記高さ方向に磁化方向が沿う第1N極(21)と第1S極(22)、および、前記高さ方向に磁化方向が沿う第2S極(23)と第2N極(24)を有し、前記流動方向において前記第1N極と前記第2S極とが隣接し、前記第1S極と前記第2N極とが隣接することで、前記バイアス磁界が閉磁路を成しており、
前記第1N極と前記第2S極それぞれの底面(21a,23a)が前記磁気シールドに接着され、前記第1S極と前記第2N極それぞれの底面(22a,24a)が前記磁電変換素子と対向していることを特徴とする電流センサ。
A magnetoelectric transducer (10) for converting a magnetic field to be measured generated by the flow of the current to be measured into an electrical signal;
A bias magnet (20) that transmits a bias magnetic field to the magnetoelectric transducer;
A magnetic shield (30) made of a magnetic material that suppresses transmission of an external magnetic field different from each of the magnetic field to be measured and the bias magnetic field through the magnetoelectric transducer, and
Each of the magnetic shield, the bias magnet, and the magnetoelectric transducer is arranged in a height direction orthogonal to the flow direction of the current to be measured,
The bias magnet includes a first N pole (21) and a first S pole (22) whose magnetization direction extends along the height direction, and a second S pole (23) and a second N pole (which extends along the height direction). 24), the first N pole and the second S pole are adjacent to each other in the flow direction, and the first S pole and the second N pole are adjacent to each other, so that the bias magnetic field forms a closed magnetic circuit. And
The bottom surfaces (21a, 23a) of the first N pole and the second S pole are bonded to the magnetic shield, and the bottom surfaces (22a, 24a) of the first S pole and the second N pole are opposed to the magnetoelectric transducer. A current sensor.
前記磁気シールドは、前記高さ方向に主面が直交する平板形状の第1シールド(31)と第2シールド(32)を有し、
前記第1シールドと前記第2シールドそれぞれが前記高さ方向に並び、その間の空間に前記バイアス磁石、前記磁電変換素子、および、前記被測定電流の流動する被測定導体が設けられており、
前記バイアス磁石は前記第1シールドが有する2つの主面の内、前記第2シールドと対向する第1主面(31a)に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。
The magnetic shield has a flat plate-shaped first shield (31) and a second shield (32) whose main surfaces are orthogonal to the height direction,
Each of the first shield and the second shield is arranged in the height direction, and the bias magnet, the magnetoelectric conversion element, and the measured conductor through which the measured current flows are provided in the space therebetween,
2. The current sensor according to claim 1, wherein the bias magnet is provided on a first main surface (31 a) facing the second shield, of two main surfaces of the first shield.
前記磁電変換素子には、前記バイアス磁界における前記流動方向に沿う磁界成分、および、前記被測定磁界における前記高さ方向および前記流動方向それぞれに直交する横方向に沿う磁界成分それぞれが透過され、
前記磁電変換素子は、前記流動方向と前記横方向とによって規定される規定平面に沿う磁界のみを検出することを特徴とする請求項2に記載の電流センサ。
A magnetic field component along the flow direction in the bias magnetic field and a magnetic field component along a horizontal direction perpendicular to the height direction and the flow direction in the measured magnetic field are transmitted to the magnetoelectric transducer,
The current sensor according to claim 2, wherein the magnetoelectric conversion element detects only a magnetic field along a prescribed plane defined by the flow direction and the lateral direction.
前記磁電変換素子を搭載する支持基板(50)を有し、
前記支持基板は前記被測定導体に搭載されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電流センサ。
A support substrate (50) on which the magnetoelectric transducer is mounted;
The current sensor according to claim 2, wherein the support substrate is mounted on the conductor to be measured.
前記第1S極と前記第2N極それぞれの底面は、前記被測定導体および前記支持基板を介して、前記磁電変換素子と間接的に対向していることを特徴とする請求項4に記載の電流センサ。   5. The current according to claim 4, wherein the bottom surfaces of the first S pole and the second N pole are indirectly opposed to the magnetoelectric conversion element through the conductor to be measured and the support substrate. Sensor. 前記磁電変換素子から出力される電気信号に基づいて前記被測定電流を算出する算出部(40)を有し、
前記算出部は前記支持基板に搭載されていることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の電流センサ。
A calculation unit (40) for calculating the measured current based on an electric signal output from the magnetoelectric conversion element;
The current sensor according to claim 4, wherein the calculation unit is mounted on the support substrate.
非導電性であり非磁性の樹脂材料から成る固定部(60)を有し、
前記磁電変換素子および前記算出部が搭載された前記支持基板、および、前記バイアス磁石が接着された前記磁気シールドそれぞれは、前記固定部によって前記被測定導体に固定されていることを特徴とする請求項6に記載の電流センサ。
A fixing portion (60) made of a non-conductive and non-magnetic resin material;
The support substrate on which the magnetoelectric transducer and the calculation unit are mounted, and the magnetic shield to which the bias magnet is bonded are fixed to the conductor to be measured by the fixing unit. Item 7. The current sensor according to Item 6.
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